Un modèle d'environnement pour la simulation multiniveau - Application à la simulation de foules

Cette thèse propose un modèle organisationnel et holonique de l'environnement pour la simulation des déplacements de piétons dans des bâtiments. Une foule de piétons peut être considérée comme un système composé d'un grand nombre d'entités en interaction, dont la dynamique globale ne peut se réduire à la somme des comportements de ses composants. La simulation multiniveau fondée sur les modèles multiagents holoniques constitue une approche permettant d'analyser la dynamique de tels systèmes. Elle autorise leur analyse en considérant plusieurs niveaux d'observation (microscopique, mésoscopique et macroscopique) et prend en compte les ressources de calcul disponibles. Dans ces systèmes, l'environnement est considéré comme l'une des parties essentielles. La dynamique des piétons composant la foule est alors clairement distinguée de celle de l'environnement dans lequel ils se déplacent. Un modèle organisationnel décrivant la structure et la dynamique de l'environnement est proposé. L'environnement est structurellement décomposé en zones, sous-zones, etc. Les organisations et les rôles de cet environnement sont projetés dans une société d'agents ayant en charge de simuler la dynamique de l'environnement et les différentes missions qui lui sont classiquement assignées dans les systèmes multiagents. Ce modèle précise également les règles de passage entre deux niveaux d'observation. Ainsi, chaque agent appartenant au modèle de l'environnement tente d'utiliser une approximation des comportements de ses sous-zones afin de limiter la consommation de ressources durant la simulation. La qualité de l'approximation entre ces deux niveaux d'observation est évaluée avec des indicateurs énergétiques. Ils permettent de déterminer si l'agent approxime correctement les comportements des agents associés aux sous-zones. En sus du modèle organisationnel et holonique proposé, nous présentons un modèle concret de la simulation de voyageurs dans un terminal d'aéroport. Ce modèle concret est implanté sur les plateformes JaSIM et Janus.This work presents a holonic organizational model of the environment for the simulation of pedestrians in buildings. A crowd of pedestrians is considered as a system composed of a large number of interacting entities. The global dynamics of this system cannot be reduced to the sum of the behaviors of its components, Multilevel simulation based on holonic multiagent models is one approach to analyze the dynamics of such systems. It allows their analysis by considering several levels of observation (microscopic, mesoscopic and macroscopic) and the available computing resources. In these systems, the environment is considered as an essential part. The behavior of the crowd is clearly distinguished from the behavior of the environment in which the pedestrians move. An organizational model is proposed to describe the structure and the dynamics of the indoor environment. This environment is structurally divided into areas, sub-areas, etc. Organizations and roles are mapped into a society of agents in charge of simulating the dynamics of the environment and their various missions in multiagent systems. This model also specifies the rules for changing the level of observation dynamically. Thus, each agent belonging to the model of the environment tries to use an approximation of behaviors of its sub-zones, and at the same time to minimize the resource consumption. The quality of the approximation between these two levels is evaluated with energy-based indicators. They help to determine if the agent approximates the behaviors of its sub-agents correctly. In addition to the organizational and holonic model proposed in this work, we present a concrete model of the simulation of passengers in an airport terminal. This concrete model is implemented on the platforms JaSIM and Janus.BELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Une approche organisationnelle et multi-agent pour la modélisation et l'implantation de métaheuristiques (application aux problèmes d'optimisation de réseaux de transports)

BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocBELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Cartes auto-organisatrices et approche évolutionniste pour les problemes de tournées de véhicules avec regroupements

Le but principal des travaux de recherche présentés dans ce mémoire est l'étude des problèmes de tournées de véhicules avec regroupement. Le regroupement consiste à affecter les usagers à des points de ramassage ou arrêts de bus et déterminer les tournées optimales passant par ces points. Quatre variantes du problème, de complexité croissante sont étudiées : le TSPCluster qui est une extension du problème du voyageur de commerce, le MTSCluster qui est une généralisation du problème précédent en considérant le cas de plusieurs véhicules, le VRPCluster qui introduit les contraintes de capacités des véhicules, et enfin le VRPTWCluster qui tient compte de contraintes de fenêtres de temps. Pour résoudre ces problèmes, une approche metaheuristique basée sur l'incorporation de l'algorithme des cartes auto-organisatrices de Kohonen dans un algorithme de population est développée. L'approche propose une réponse aux problèmes de regroupement en ce qu'elle traite le regroupement et le routage simultanément. Elle introduit le concept de modèle visuel soumis à des déformations continuelles. Cet aspect permet de suivre en temps réel et visuellement le déroulement de l'optimisation. La validation de l'approche développée et l'analyse de ses performances sont réalisés, à l'aide d'un environnement logiciel de simulation, sur les principaux jeux de tests, rencontrés dans la littérature et représentatifs de la problématique. Les résultats de l'approche proposée sont comparés avec ceux des stratégies neuronales. Nous avons avons observé d'après nos résultats que notre méthodologie d'étude est en mesure de résoudre des problèmes non résolus par les techniques classiques.The main purpose of this work is the study of the vehicle routing problem with clustering. Clustering consists of assigning users to collect points or bus stops and to find the optimal routes passing by these points. Four variants, with increasing complexity are studied: The TSPCluster which is an extension of the traveling salesman problem, the MTSCluster which is a generalization of the previous problem with several vehicles, the VRPCluster which introduces the capacity constraints, and finally the VRPTWCluster which requires time windows. To solve these problems, we have developed a metaheuristic approach which incorporates the Kohonen's self-organizing maps into a population based algorithm. This approach is able to find good solutions for clustering problems in the sense that it handles the clustering and routing simultaneously. Moreover, by introducing the concept of visual model subjected to continual deformations, Our contribution allows to visually follow the optimization progress. We have observed from our results that our methodology is able to handle some problems which have not been solved by classical methods.BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocBELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Modélisation et simulation d'un réseau de transport public par une approche multi-agents

Le travail présenté dans cette thèse constitue une contribution à la modélisation et la simulation d'un réseau de transport de passagers par bus. L'idée de base est de concevoir un modèle fondé sur le paradigme multi-agents qui tient en considération des aléas affectant le réseau de transport. Ces aléas subissent des variations temporelles et spatiales. Afin de comprendre et analyser le fonctionnement du réseau urbain, un modèle à base de l'approche multi-agents a été élaboré. Nous avons déterminé d'abord la structure du système comme étant une hiérarchie d'organisation dont chacune fédère des rôles et leurs interactions. Puis, nous avons défini un ensemble d'agents, à chacun desquels on assigne un ensemble de rôles. Enfin, les interactions entre les rôles deviennent à ce stade des interactions entre agents, que nous avons modélisées sous la forme de diagramme d'interaction. Pour rendre le modèle proposé accessible à une simulation, une étape de spécifications des comportements des agents a été abordée. Cette étape s'inscrit dans un processus de prototypage d'un simulateur à base d'agents en permettant une description des modèles comportementaux des agents. Donc, on a proposé un ensemble de règles de transformation permettant d'obtenir le squelette des modèles comportementaux d'agents à partir des diagrammes d'interaction. La dernière étape est la conception du simulateur lui-même à partir des modèles spécifiés précédemment. Un soin particulier a été apporté au développement de l'interface homme-machine de l'environnement de simulation, sa configuration et son paramétrage. Finalement, nous avons accordé une attention particulière à l'évaluation des services de transport.The work presented in this thesis focuses on the modelling and the simulation of bus transportation networks. The proposed approach is the design of a model based on multi-agents paradigm, which takes into account risks affecting the transportation network. These risks can changed according to several temporal or space variations. In order to analyze an urban public transportation system, a model based on multi-agents approach is elaborated. First, we determine the structure of transportations system as being as hierarchical organisations. Such a structure includes roles and their interactions. Then, we define a set of agents and we assign roles for each one. Interactions between agents are modelled by the interaction diagram. To simulate this model, the agent behaviour specification is necessary. The design process of transportation simulator allows us to describe the behaviour of each agent with the statechart formalism and thus we define a set of rules, which simplifies the behavioural agent model. The last step is to implement the simulator from models specified previously. We implement a human-machine interface, its configuration, and its parameter setting. Finally, we evaluate some parameters of transport quality of service by taking account risks which perturb the bus network.BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocBELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Nouveaux outils de communication pour le diagnostic partagé et la surveillance du patient (application au domaine de l'auscultation)

Ce travail est fondé sur l'étude de nouveaux outils de télémédecine ; l'accent est mis sur la création d'un système d'auscultation. Trois points ont été développés : - la conception d'une plateforme innovante pour un meilleur suivit du patient et des échanges simplifiés entre professionnels de santé. Le système d'auscultation proposé permet notamment de réaliser des enregistrements et visualisations d'auscultations antérieures, des télé-auscultations, des envois de données auscultatoires à un expert, de demander un second avis temps réel, d'apporter une aide pédagogique pour l'enseignement de l'auscultation. - l'étude et la réalisation d'un prototype de stéthoscope électronique. En effet, nos travaux ont mis en lumière la nécessité de disposer d'un outil de capture du son performant et adapté à une analyse automatique. Cet outil doit disposer de caractéristiques particulières en termes de courbe de réponse, de bande de fréquence, de filtrage... mais également d'ergonomie. - l'étude d'un format d'échange des données auscultatoires. Aujourd'hui, il n'existe pas de standard pour transmettre de telles données. Nous avons mis en lumière l'intérêt de permettre cet échange d'informations, défini la nature des données devant être transportées (son mais également données patient, médico-légales, sémiologie...) et le moyen de les transmettre.This work is based in the study of new telemedecine tools. The emphasis will be put on the creation of an auscultation system. Three elements have been developed in this thesis: - the conception of an innovative platform for better patient monitoring and easiest exchanges between health providers. The proposed auscultation system allows, among others, to record and visualize previous auscultations, to perform tele-auscultations, to send auscultation data to an expert, to ask for a second opinion in real time, to provide education tools for auscultation teaching. - the study and the realisation of a digit stethoscope prototype. Indeed, our works enlightened the need of having an efficient sound capture tool, and that is adapted to automatic analysis. This tool must dispose of specific characteristics in terms of frequency response curve, frequency range, filtering... but also ergonomics. - the study of an exchange format for auscultation data. Today, a standard for transmitting such data doesn't exist. We enlightened the relevance of allowing such information exchange; we defined the type of data that must be transported (sound but also patient data, medico-legal information, semiology...) and the way to transmit them.BELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

De l'analyse à la conception de systèmes multi-agent holoniques (un Framework, guides méthodologiques et applications)

Le travail présenté dans cette thèse concerne le développement d'un Framework pour les Systèmes Multi-Agents Holoniques. Ce type de système se compose de structures auto-similaires appelées holons. Un ensemble de holons peut être vu, selon le niveau d'observation, comme une entité unique ou comme un groupe de holons en interactions. Pour concevoir un framework générique et modulaire, nous utilisons une approche organisationnelle. Nous définissons les comportements des entités du framework en termes de rôles et d'interactions. Le framework met l'accent sur la modélisation et la représentation de trois aspects importants d'un SMA Holonique. Structure et Gestion d'un Holon : cette partie du framework prend en compte l'organisation des membres et la gestion du super-holon. Une organisation spécifique est proposée pour définir les statuts des membres vis-à-vis de leur super-holon. Interactions dépendantes du Problème : Pour réaliser les buts et les tâches du super-holon, les membres doivent interagir et coordonner leurs actions. Ces comportements, dépendants du problème, constituent les organisations internes. Notre framework offre aussi la possibilité de modéliser ces aspects. Dynamique : La dynamique est une caractéristique inhérente des SMA. Le framework considère également deux caractéristiques intrinsèques aux SMA holoniques : la Fusion (création et intégration dans le super-holon) et l'Auto-Organisation. Chaque organisation est modélisée en utilisant le modèle Rôle-Interaction-Organisation (RIO). Ce modèle offre une spécification formelle des rôles et permet la vérification et la validation des spécifications. Le framework a été formellement spécifié et cette formalisation, nous a permis de prouver d'importantes propriétés importantes sur l'auto-organisation du système. Nous proposons également une méthodologie pour l'analyse et la conception des systèmes complexes basée sur la notion de "Vues du Système". Chaque vue se consacre à un aspect particulier du système, et est représentée par une holarchie. Deux applications illustrent les concepts présentés dans ce travail. La première applique le framework au cas du Maillage Adaptatif pour le dimensionnement de réseaux radiomobiles. Cette application illustre le raffinement de la partie auto-organisation du framework et la spécification formelle d'un problème réel. La deuxième présente quant à elle, l'application des SMA holoniques pour la simulation d'un important site industriel. Plusieurs holarchies sont utilisées pour capturer les interactions entre les chaînes de production et le trafic routier interne au site. Pour implémenter ces concepts nous proposons un ensemble de modules basés sur la plateforme MadKit.The work presented in this PhD thesis is concerned with the development of a framework for Holonic MultiAgent Systems. This type of systems consists in self-similar structures called holons. A set of holons may be seen, depending on the level of observation, as a unique entity or as a group of holons in interaction. In order to conceive a generic and modular modeling framework, we use an organizational approach. We define then the behavior of the frame work entities in terms of roles and their interactions. The framework is concerned with the modeling and representation of three important aspects of a Holonic MAS. Holon Structure and Management : This part of the framework considers how the members organize and manage the super-holon. It offers a specific organization whose roles define the status of the member from the super-holon's point of view. Goal-Dependent Interactions : In order to achieve the goals/tasks of the super-holon, the members must interact and coordinate their actions. These goal-dependent behaviors are called Internal Organizations and our framework also offers means to model these aspects of the super-holons functioning. Dynamics : Dynamics are inherent characteristics of MAS. The framework considers in particular two of the most attractive characteristics of Holonic MAS: Merging (Creating and Joining a super-holon) and Self-Organization. Each organization is modeled using the Role-Interaction-Organization (RIO) Model. This model offers a formal specification of roles that enables the validation and verification of the model. We have formally specified the framework. Based on this formalization we were able to prove important properties concerning the self-organization of the system. We propose some guidelines based upon this framework for the analysis and design of Complex Systems. Two applications illustrate the concepts presented. The first uses the framework to the Adaptive Meshing Problem applied to the dimensioning of radiomobile networks. It illustrates the refinement of a self-organization module and formal specification. The second presents the use of holonic MAS for the simulation of an important industrial plant. Multiple holarchies are used to capture the interaction between the production and traffic inside the plant. In order to implement these concepts we propose a set of modules based on the MadKit platform.BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocBELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocSudocFranceF

Nouveaux outils participatifs de représentation dynamique pour la mobilité durable

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Une méthode rapide d'appariement d'images stéréoscopiques (application à la perception de l'environnement d'un véhicule routier)

La stéréovision passive est une approche très utilisée pour la reconstruction 3-D à partir d'images prises sous des angles de vue différents. Le problème clé de cette approche est celui de la mise en correspondance de primitives extraites d'images stéréoscopiques. Ce problème a une nature combinatoire et la complexité des algorithmes de mise en correspondance constitue souvent un handicape face à des applications temps réel, telles que la détection d'obstacles à l'avant d'un véhicule routier. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode, à la fois robuste et rapide, pour mettre en correspondance les points de contour extraits d'images stéréoscopiques. À l'issue de leur extraction par dérivation d'une image brute, les points de contour sont caractérisés par 3 attributs : la position dans l'image, le signe et l'amplitude du gradient. Basée sur une approche de recherche globale, notre méthode de mise en correspondance consiste à attribuer un score à chaque couple de points de contour vérifiant deux contraintes locales : les contraintes de position et de signe du gradient. Ce score, qui représente une mesure de qualité de l'appariement d'un couple de points de contour, est calculé en utilisant une technique de vote qui exploite 3 contraintes globales : les contraintes d'unicité, d'ordre et de continuité de la disparité. Nous présentons ensuite une technique de pondération des scores des couples en exploitant l'attribut de l'amplitude du gradient des points de contour. Le coefficient de pondération associé à chaque couple est calculé en comparant les amplitudes du gradient des points de contour. Cette comparaison s'effectue de telle sorte que plus les amplitudes des points de contour d'un couple sont proches, plus le poids affecté à ce couple est important (et inversement). Enfin, nous proposons une autre façon pour exploiter l'amplitude du gradient des points de contour dans notre procédure de mise en correspondance. Il s'agit de mettre en correspondance les points de contour hiérarchiquement et à plusieurs niveaux de recherche, en partant des points de contour les plus significatifs (ayant des fortes amplitudes) vers les points de contour les moins significatifs (ayant des faibles amplitudes). À partir d'un niveau de recherche donné, les points de contour les plus significatifs sont sélectionnés et mis en correspondance. Les couples de points de contour appariés sont ensuite utilisés comme couples de référence pour mettre en correspondance les points de contour restants au niveau de recherche suivant, en réappliquant la même stratégie. Les performances de notre méthode de mise en correspondance sont évaluées et comparées avec les performances d'autres méthodes récentes, dans le cadre de la détection d'obstacles à l'avant d'un véhicule en utilisant la stéréovision linéaire.Passive stereo vision is a well known approach for recovering 3-D information from two or more images of a scene observed from different viewpoints. The key problem in this approach is the matching process, which is difficult to solve and computationally expensive. In the robot vision domain, this problem is generally simplified by making hypotheses about the type of objects being observed and their visual environment so that structural features, such as corners or vertical straight lines, can be more or less easily extracted. Unfortunately, setting-up a conventional stereo vision system on board a moving vehicle for real-time obstacle detection is difficult because, in the road environment, the features are too numerous to allow a reliable matching within an acceptable computer time.In this thesis, we propose a new method to achieve real-time edge stereo matching. A procedure is first applied to extract edges from the left and right linear images. Each edge is characterized by its position in the image, the magnitude and the sign of the gradient. Based on a global searching approach, the stereo matching method consists in affecting a score to each pair of edges, which respects the position and slope constraints. This score represents the matching quality of a pair of edges. It is calculated thanks to a voting process, which is based on three global constraints : uniqueness, ordering and smoothness constraints. We present afterwards a procedure for weighting the scores of the possible matches by using the gradient magnitudes of the edges. The weight affected to each pair of edges is calculated by comparing their gradient magnitude. This comparison supposes that important weights are affected to the pairs of edges for which the gradient magnitudes are close (and vice-versa). Finally, we propose another way for making use of the gradient magnitudes of the edges to perform stereo matching. It consists in matching edges at different levels, from significant edges to less significant ones. At each level, the process starts by selecting significant edges with respect to their gradient magnitude. The selected edges are then matched and the obtained pairs are used as reference pairs for matching less significant edges in the next level. [...]BELFORT-BU L. FEBVRE (900102102) / SudocBELFORT-UTBM-SEVENANS (900942101) / SudocLENS-CRIL (624982203) / SudocSudocFranceF